熱處理應力及其影響

熱處理殘余力是工件熱處理后的殘余應力，它對工件的形狀、尺寸和性能有很大的影響。山東熱處理在從石器時代進展到銅器時代和鐵器時代的過程中，熱處理的作用逐漸為人們所認識。煙臺熱處理將鋼奧氏體化后以適當的冷卻速度冷卻，使工件在橫截面內全部或一定的范圍內發生馬氏體等不穩定組織結構轉變的熱處理工藝。青島熱處理材料在固態下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。當超過材料的屈服強度時，會引起工件變形，當超過材料的強度極限時，會引起工件開裂，這是工件的有害方面，應予以減少和消除。但是，在一定條件下控制合理的應力分布，可以提高零件的力學性能和使用壽命，變得有害有益。分析鋼在熱處理過程中的應力分布和變化規律，對提高產品質量具有重要的現實意義。例如，殘余壓應力在零件表面的合理分布對使用壽命的影響已引起廣泛關注。

一、鋼的熱處理應力

在加熱和冷卻過程中，由于表面與中心冷卻速度和時間的差異，溫度的差異會導致體積膨脹和收縮不均勻，產生應力，即熱應力。在熱應力的作用下，由于表面溫度低于心臟，收縮也大于心臟，因此在冷卻結束時，由于心臟最后的冷卻體積不能自由收縮，心臟表面被壓縮，心臟被拉動。也就是說，在熱應力的作用下，工件的表面受到壓縮，芯部被拉動。這種現象受冷卻速度、材料組成和熱處理工藝等因素的影響。冷卻速度越快，碳含量和合金成分越高，熱應力下的不均勻塑性變形越大，殘余應力越大。另一方面，在熱處理過程中，由于顯微組織的變化，即奧氏體向馬氏體的轉變，比容的增加伴隨著工件體積的膨脹，工件的各個部分會相繼發生變形，導致體積不一致地增大，產生組織應力。應力變化的最終結果是表面的拉應力和中心的壓應力，這與熱應力正好相反。顯微組織應力的大小與工件在馬氏體相變區的冷卻速度、形狀和化學成份有關。

實踐證明,任何工件在熱處理過程中,只要有相變,熱應力和組織應力都會發生。只不過熱應力在組織轉變以前就已經產生了，而組織應力則是在組織轉變過程中產生的,在整個冷卻過程中,熱應力與組織應力綜合作用的結果,就是工件中實際存在的應力。這兩種應力綜合作用的結果是十分復雜的,受著許多因素的影響,如成分、形狀、熱處理工藝等。就其發展過程來說只有兩種類型,即熱應力和組織應力,作用方向相反時二者抵消,作用方向相同時二者相互迭加。不管是相互抵消還是相互迭加,兩個應力應有一個占主導因素,熱應力占主導地位時的作用結果是工件心部受拉,表面受壓。組織應力占主導地位時的作用結果是工件心部受壓表面受拉。